KR100580967B1 - 공기구동밸브의 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기구동밸브(AOV: Air Operated Valve)의 진단방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서를 이용하여 공기구동밸브의 고장 유무를 측정하는 측정방법에 있어서, 1) 시스템 초기화단계, 2) 상기 센서에서 측정된 신호를, 측정값 자체를 이용하는 1차 진단요소, 시스템의 응답특성을 이용하여 계산되는 2차 진단요소, 진동과 관련되는 진동진단요소로 분류하는 진단요소분류단계, 3) 1차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 신호의 레벨을 측정, 레벨이상 인자를 추출하여, 고장모델링에 대입하는 1차 진단요소 진단단계, 4) 2차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 시스템의 모델을 규명하고 파라메타의 변화를 계산하여, 기준 시스템모델과 비교분석하는 정성적 분석을 수행하는 2차 진단요소 진단단계, 5) 이상진동현상을 분석하는 진동진단단계, 6) 상기, 1차 진단요소 진단단계, 2차 진단요소 진단단계, 진동진단단계에서 진단한 결과를 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis)방식을 이용하여 자동적으로 분석하는 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis)단계, 7) 상기 분석단계에서 분석된 결과를 표시하는 진단결과 도시단계로 구성되는 공기구동밸브의 성능 진단방법에 관한 것이다.

이와 같이 본 발명은 공기구동밸브의 성능저하 및 고장을 이론적인 기법(Polynomial Geometry, Fault Tree Analysis)을 체계적으로 적용한 접근방법으로 분석하여 고장원인을 자동적으로 규명할 수 있는 공기구동밸브의 성능 진단 방법을 제공하는 효과가 있다.

공기구동밸브, 진단장치, 폴리노미얼 지오메트리, 폴트 트리 분석

Description

공기구동밸브의 진단 방법{Air Operated Valve Analysis Method}

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브와 진단장치의 측정 개념도

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단방법의 흐름도

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 히스테리시스 특성 그래프

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단방법의 I/P 변환기 폴트 트리 분석 다이어그램

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단방법의 포지셔너 폴트 트리 분석 다이어그램

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단장치의 액츄에이터 폴트 트리 분석 다이어그램

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브진단장치의 결과표시화면

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 I/P 변환기 진단 결과 표시 화면

도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 포지셔너 진단 결과 표시 화면

도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터 진단 결과 표시 화면

도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 분석 결과 표시 화면

도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이력표 화면

도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이력 그래프 화면

도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단장치의 구성 블럭다이아그램

도15은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동밸브 진단장치 케이스의 외관도

**도면의 주요부에 사용된 기호의 설명**

10: 주제어부 11: CPU 유닛

12: 아날로그 입력 모듈 13: 아날로그 출력 모듈

14: 출력모듈 15: PXI 버스

20: 직류전원 공급기 30: 모니터

40: 본체 케이스 41: 바퀴

42: 손잡이

본 발명은 공기구동밸브(AOV: Air Operated Valve) 진단방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서를 이용하여 공기구동밸브의 고장 유무를 측정하는 측정방법에 있어서, 시스템 초기화단계, 진단요소분류단계, 1차 진단요소 진단단계, 2차 진단요소 진단단계, 진동진단단계, 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis)단계, 진단결과 도시단계로 구성되는 공기구동밸브의 성능 진단방법에 관한 것이다.

기존의 공기구동밸브의 진단 장비는 단순한 입출력 신호 측정 파형만을 보여주는 것에 불과하며, 이 입출력 응답을 현장 엔지니어의 개인적인 경험으로 분석하는 과정을 통해 공기구동밸브의 고장 부위를 찾아내고 있는 실정이었다.

그러나 공기구동밸브는 이론적인 해석이 쉽지 않은 부속품들로 구성되어 있어 진단을 위하여 신호를 취득하여도 성능저하의 예측과 정확한 동작 특성 확인을 이론적으로 밝히기가 쉽지 않으며, 현장 엔지니어의 숙련도 유무에만 의존하여 고장진단을 하게 되는 경우 잘못된 분석의 위험성은 물론이며, 고장 이력의 데이타베이스를 활용한 운영은 기대하기 어려운 단점이 있었다. 또한, 숙련된 현장 엔지니어가 부재한 경우, 공기구동밸브의 고장 진단이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 공기구동밸브의 성능저하 및 고장을 이론적인 기법을 체계적으로 적용한 접근방법으로 분석하여, 숙련된 현장 엔지니어의 경험에만 의존하지 않고 자동으로 고장원인까지 규명할 수 있는 공기구동밸브의 성능 진단방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 센서를 이용하여 공기구동밸브(AOV: Air Operated Valve)의 고장 유무를 측정하는 측정방법에 있어서, 1) 시스템 초기화단계(101), 2) 상기 센서에서 측정된 신호를, 측정값 자체를 이용하는 1차 진단요소, 시스템의 응답특성을 이용하여 계산되는 2차 진단요소, 진동과 관련되는 진동진단요소로 분류하는 진단요소분류단계(102), 3) 1차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 신호의 레벨을 측정, 레벨 이상 인자를 추출하여, 고장모델링에 대입하는 1차 진단요소 진단단계(110), 4) 2차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 시스템의 모델을 규명하고 파라메타의 변화를 계산하여, 기준 시스템모델과 비교분석하는 정성적 분석을 수행하는 2차 진단요소 진단단계(120), 5) 이상진동현상을 분석하는 진동진단단계(130), 6) 상기 1차 진단요소 진단단계(110), 2차 진단요소 진단단계(120), 진동진단단계(130)에서 진단한 결과를 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis) 방식을 이용하여 자동으로 분석하는 폴트 트리 분석단계(140), 7) 상기 분석단계에서 분석된 결과를 표시하는 진단결과 도시단계(141)로 구성되는 공기구동밸브의 성능 진단방법 및 이러한 과정을 수행하는 CPU 유닛(11)과, 아날로그 입력 모듈(12), 아날로그 출력 모듈(13), 출력모듈(14) 및 이들과 각각 연결된 PXI 버스(15)로 구성된 주제어부(10)와 상기 주 제어부(10)에 전원을 공급하는 직류전원 공급기(20)와 상기 주 제어부(10)와 연결되어 측정결과를 표시하는 패널모니터 (30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 공기구동밸브의 진단 방법 및 장치를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도1에 도시된 공기구동밸브(50)의 구조와 측정 요소에 관하여 설명하고자 한다. 상기 공기구동밸브(50)는 도1에 도시된 바와 같이 액츄에이터(51)와 포지셔너(52), I/P 변환기(I/P Tranceducer)(53) 등으로 구성되며, 여기에 압축공기를 공급하는 공압장치(54)가 추가되어 구성된다. 상기 공기구동밸브(50)에서 측정되는 측정요소로는, ① 공기구동밸브 진단장치(60)에서 공기구동밸브에 인가하는 입력(전압 또는 전류), ② I/P(E/P) 변환기(53)로부터의 출력(압력) (포지셔너(52) 입력), ③ 포지셔너(52) 출력(압력) (부스터 입력), ④ 부스터 출력(액츄에이터(51) 압력), ⑤ 공기구동밸브(50)에 공급되는 공기압력, ⑥ 밸브 스템 변위, ⑦ 시트부하, ⑧ 기계적 동작 특성 출력이 있다. 이러한 측정요소는 각각 압력센서나 변위센서, 스트레인 게이지 등을 통하여 측정된 후, ① 공기구동밸브 진단장치(60)에서 공기구동밸브에 인가하는 입력(전압 또는 전류)를 제외하고는 도7에 도시된 아날로그 입력모듈(12)을 통해 후술할 CPU 유닛(11)에 전달되어 성능 진단방법에서의 측정 입력값으로 사용된다. 한편, ① 공기구동밸브 진단장치(60)에서 공기구동밸브에 인가하는 입력(전압 또는 전류)는 도6에 도시된 바와 같이 후술할 아날로그 출력 모듈(13)을 통해 상기 I/P 변환기(53)로 전달되며, 이 입력값은 상기 아 날로그 출력 모듈(13)에서 후술할 PXI BUS(15)를 통해 CPU 유닛(11)에 전달되어 성능진단방법에서의 측정 입력값으로 사용된다.

다음으로, 도2에 도시된 공기구동밸브 진단방법에 관하여 설명하고자 한다.

공기구동밸브의 진단방법은 도2의 흐름도에 표시된 바와 같이 크게 시스템 초기화단계(101), 진단요소분류단계(102), 1차 진단요소 진단단계(110), 2차 진단요소 진단단계(120), 진동진단단계(130), 폴트 트리 분석단계(140), 진단결과 도시단계(141), 이력저장단계(150) 및 상기 이력저장단계에서 저장된 데이타베이스를 표로 출력하는 단계(160)와 그래프로 출력하는 단계(170)로 구성된다.

먼저, 시스템 초기화단계(101)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 시스템초기화단계(101)는 진단에 필요한 데이타와 시스템을 초기화하고, 각 센서로부터의 측정값을 받아들일 준비를 하는 단계이다.

다음으로, 진단요소분류단계(102)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 진단요소분류단계(102)는 각 센서로부터 입력된 측정값을 도1에 도시된 측정값 중 ⑤ 공기구동밸브(50)에 공급되는 공기압력, ⑦ 시트부하와 같이 측정값 자체를 이용하는 1차 진단요소, 그 외에 시스템의 응답특성을 이용하여 계산되는 2차 진단요소, 진동레벨, 진동 스펙트럼과 같이 진동과 관련되는 진동진단요소로 분류하여 다음의 단계로 적절한 측정값을 나누어 전달하는 기능을 수행한다.

다음으로, 1차 진단요소 진단단계(110)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 1차 진단요소 진단단계(110)는 1차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 직접 신호의 레벨을 측정, 레벨 이상 인자를 추출하여, 고장모델링에 대입하는 기능을 수행한다.

다음으로, 2차 진단요소 진단단계(120)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 2차 진단요소진단단계는 크게 정성적 분석단계(121)와 정량적 분석단계(122)로 나뉜다. 상기 정성적 분석단계는 먼저 해석적 방법에 의해 상기 액츄에이터(51), 포지셔너(52), I/P 변환기(I/P(전류-압력) Tranceducer)(53)를 이론적으로 모델링하고 분석하여 시스템 모델을 규명한 후, 파라미터 변화를 계산하여 기준 시스템 모델과 비교분석을 수행한다. 즉, 시스템 파라미터의 변화에 대한 시스템 물리량 정보의 변화를 판별하고, 특정 계통의 고장진단으로는 정성적으로 충분한 정보를 제공할 수 있다. 다만, 각 시스템 파라미터들의 변화가 시스템 물리량 변화에 대한 수치적 자료는 제공하지 못한다는 단점이 있다.

한편, 상기 정량적 분석단계(122)는 모델응답특성실험(123)과 폴리노미얼 지오메트리를 통한 폴리노미얼 지오메트리 특이점을 계산(124)하고, 이를 기준 폴리노미얼 지오메트리와 비교분석하는 기능을 수행한다. 기본적으로 상기 액츄에이터(51) 및 상기 I/P 변환기(53)는 그 정도의 차이가 있을지언정 구조적으로 히스테리시스가 존재하는 모델구조임이 진단모델의 분석을 통해 밝혀진다. 히스테리시스가 존재하는 모델 구조의 한 예로서 상기 액츄에이터(51)의 다이어프램 압력과 스템변위간의 관계에 있어서의 히스테리시스 특성은 도3에 도시한 바와 같다. 또한, 이러한 히스테리시스 응답특성이 시스템에 대한 대부분의 정보를 제공하고 있다는 점에서 히스테리시스를 적극적으로 모델에 활용할 필요성이 요구된다.

이에, 상기 액츄에이터(51) 등과 같이 히스테리시스가 존재하는 모델의 응답특성을 최대한 반영하는 방법으로부터 폴리노미얼 지오메트리 개념이 도입되었고, 폴리노미얼 지오메트리 기법의 응용을 통해 효과적인 공기구동밸브의 성능 진단방법이 가능하다. 폴리노미얼 지오메트리는 어떤 시스템의 히스테리시스 응답특성을 모델응답특성실험(123)을 통하여 얻어진 값을 이용하여 각 특이점을 계산하고(124), 각 특이점들의 지오메트리를 이용하여 폴리노미얼 함수로 표현하는 방법으로, 이렇게 구하여진 폴리노미얼 함수를 이용한 계산을 통해 센서를 통하여 측정된 측정값과 미리 계산되어 저장된 기준 폴리노미얼 지오메트리 사이의 차이가 정량적으로 산출될 수 있다. 폴리노미얼 지오메트리를 이용한 모델링 및 분석방법은 이 발명이 속하는 기술분야에서 공지의 기술이므로, 상세한 설명은 생략하고자 한다.

다음으로, 진동진단단계(130)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 진동진단단계(130)는 과도응답구간에 대해서 입력성형기법을 이용하여 진동레벨을 측정하여 레벨이상을 검출하는 단계(131)와 정상상태구간에 대해서 진동스펙트럼을 이용한 주파수 분석을 통해 결함요소를 판단하는 단계(132)로 이루어진다. 일반적으로 과도 응답구간에서의 진동은 시스템에 인가하는 제어입력 자체가 시스템의 진동을 야기하는 경우가 대부분이기 때문에, 과도응답구간에서 발생하는 진동을 이상 진동으로 진단하는데 어려움이 있다. 따라서, 본 발명에서는 입력성형기법을 통해 제어입력이 시스템을 가진시키는 효과를 최소화하여 진동레벨을 측정한다. 입력성형기법이란 과도응답구간에서 제어입력 자체가 시스템을 가진 시킨다는 것에 착안된 기법이며, 입력 자체가 가지고 있는 시스템 가진 성분을 제거하는 피드포워드 방법 중에 하나로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서는 공지된 방법이므로 상세한 설명은 생략하고자 한다.

한편, 상기 정상상태구간에서의 결함요소 판단(132)은 진동스펙트럼을 통한 주파수 분석을 통하여 수행될 수 있다. 진동 스펙트럼을 통한 주파수 분석은 진동 신호를 여러 주파수로 그 성분을 나누어서 기계의 상태 모니터링에 사용하는 것으로, 양호한 조건으로 운전되는 기계에서는 안정된 진동 스펙트럼을 가지는데 반해, 부품의 마모나 결함은 그것이 발달함에 따라 진동스펙트럼의 변화를 가져온다는 원리를 이용한 것이다. 진동 스펙트럼에서 각 성분은 기계의 특정한 진동원에 의하기 때문에, 이것으로부터 결함의 진단이 가능하다. 또한, 진동 스펙트럼에서의 주파수 분석은 결함의 발달 과정을 더욱 빠르게 진단할 수 있고, 결함 부품을 준비할 여유를 가질 수 있다는 장점을 가진다.

다음으로, 폴트 트리 분석단계(140)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 폴트 트리 분석단계(140)는 진단 파라미터들의 변화를 관찰하고, 고장의 원인을 해석함과 동시에 고장의 정도를 수치적으로 정리할 수 있는 과정이다. 폴트 트리 분석은 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 액츄에이터(51)의 경우의 폴트 트리 다이아그램은 도4에 도시한 바와 같다. 이 경우의 입력인자는 센서로부터 측정된 1차 진단요소, 진동진단요소, 폴리노미얼 지오메트리를 통해 계산된 2차 진단요소이며, 각 게이트에는 이러한 입력인자에 대한 가중치를 적용한 고장 정도 계산을 수행하여 스프링 프리로드(Spring Preload) 상승, 스프링 프리로드 감소, 플러그 스티킹(Plug Sticking), 내부마찰 감소, 내부마찰 증가, 공압배관 누설 등 상기 액츄에이터(51)의 최종 고장 정도를 출력한다. 한편, 상기 포지셔너(52)의 경우의 폴트 트리 다이아그램은 도5에 도시한 바와 같으며, 이 경우의 입력인자는 센서로부터 측정된 1차 진단요소, 진동진단요소, 폴리노미얼 지오메트리를 통해 계산된 2차 진단요소이며, 각 게이트에는 이러한 입력인자에 대한 가중치를 적용한 고장 정도 계산을 수행하여 영점(Zero) 상승, 영점 감소, 스팬 확장, 스팬 축소, 히스테리시스 이상, 리니어리티(Linearity) 이상, 재현성(Repeatability) 이상, 피드백 링키지 스프링(Feedback Linkage Spring) 강성 감소, 피드백 링키지 스프링 강성 증가, 피드백 링키지 고착에 대한 고장정도 등 상기 포지셔너(52)의 최종 고장 정도를 출력한다. 다음으로, 상기 I/P 변환기(53)의 경우의 폴트 트리 다이아그램은 도6에 도시한 바와 같으며, 이 경우의 입력인자는 센서로부터 측정된 1차 진단요소, 진동진단요소, 폴리노미얼 지오메트리를 통해 계산된 2차 진단요소이며, 각 게이트에는 이러한 입력인자에 대한 가중치를 적용한 고장정도 계산을 수행하여 영점 상승, 영점 감소, 스팬 확장, 스팬 축소, 히스테리시스 이상, 리니어리티 이상, 재현성 이상 등 상기 I/P 변환기(53)의 최종 고장정도를 출력한다.

다음으로, 진단결과 도시단계(141)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 진단결과표시단계(141)는 도7에 도시된 바와 같이 진단결과를 표시하는 단계이다. 상기 진단결과표시단계(141)는 도8 내지 도11에 도시된 바와 같이, 각각의 상세한 진단결과도 표시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 이력저장단계(150)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 이력 저장단계(150)는 상기 분석단계(140)에서 분석된 분석치의 이력을 저장하여 데이타베이스화하고, 이 데이타베이스를 폴트 트리 분석단계(140)에 피드백시키는 기능을 수행하는 단계이다. 한편, 본 발명에 있어서 상기 이력 저장단계(150)에서 저장된 분석치 이력의 데이타베이스를 도 12에 도시된 바와 같이 표로 표시하여 출력하는 단계(160)를 가지거나, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 이력저장단계(150)에서 저장된 분석치 이력의 데이타베이스를 시각적인 그래프로 표시하여 출력하는 단계(170)를 갖도록(포함하도록) 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 공기구동밸브의 진단장치(60)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 공기구동밸브 진단장치는 도14에 도시된 바와 같이 주제어부(10)와, 상기 주 제어부 (10)에 전원을 공급하는 직류전원 공급기(20)와, 상기 주 제어부(10)와 연결되어 측정결과를 표시하는 모니터(30)로 구성된다.

먼저, 주제어부(10)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 주제어부(10)는 전술한 공기구동밸브 진단방법의 알고리즘을 수행하는 CPU 유닛(11)과, 진동센서, 변위센서, 압력센서 등의 출력신호를 변형 및 왜곡 없이 입력받는 아날로그 입력 모듈(12), I/P 전류 입력을 위한 아날로그 전류를 출력하는 아날로그 출력 모듈(13), 성능진단장비 이상 발생시 비상정지 스위치에 의해 성능진단장비를 비상정지시킬 수 있고, 외부의 서지에 대해서 접점을 보호하는 보호회로를 내장하는 출력모듈(14) 및 이들과 각각 연결되어 신호를 주고받는 PXI 버스(15)로 구성된다.

다음으로, 직류전원 공급기(20)에 관하여 서술하고자 한다. 상기 직류전원공급기(20)는 상기 주제어부(10)에 직류전원을 공급하는 기능을 가진다.

다음으로, 모니터(30)에 관하여 설명하고자 한다. 상기 모니터(30)는 상기 주제어부(10)와 연결되어, 상기 공기구동밸브의 진단장치(60)에서 진단한 결과를 표시하는 기능을 수행한다. 한편, 상기 모니터(30)는 터치스크린기능을 겸하여 사용자가 공기구동밸브 진단 장비를 운용하는데 편의를 기하고, 장치의 외관과 구성을 간결하게 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 공기구동밸브의 진단장치(60)는 보관 및 운용의 편의성과 기구의 보호를 위하여 상기 주제어부(10)와 상기 직류전원 공급기(20) 및 상기 모니터(30)를 내부에 수납하는 본체 케이스(40)를 가지는 것이 바람직하며, 이동 및 운용의 편의를 위하여 상기 본체 케이스(40)는 도15에 도시된 바와 같이 하부에 바퀴(41)를 가지거나 상부에 손잡이(42)를 가지는 것이 바람직하다.

상기 진단장치(60)를 실제로 운용하는데 있어서는, 전체 운용 프로그램 탑재 및 상기 공기구동밸브(AOV) 성능진단 알고리즘이 탑재되는 상기 CPU 유닛(11)과 모니터(30)는 노트북 컴퓨터 등을 이용한 호스트 컨트롤러로 집약하여 사용할 수 있다. 또한, 실시간 데이터취득의 기능을 수행하는 상기 아날로그 입력 모듈(12), I/P 전류 입력을 위한 아날로그 전류를 출력하는 아날로그 출력 모듈(13), 및 상기 PXI 버스(15)는 타겟 컨트롤러로서 집약하여 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 타겟 콘트롤러에는 신호 격리증폭기를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 타겟 컨트롤러를 구성하여 사용하는 경우에는, 공기구동밸브(AOV)에 구동용 전원을 인가하고, 센서신호를 증폭 및 조절하고, 센서 신호의 1차 필터역할을 수행하는 신호증폭 조절기(Signal-Conditioner Unit)를 상기 타겟 콘트롤러와 진단하고자 하는 공기구동밸브(AOV) 사이에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 진단하고자 하는 공기구동밸브(AOV)에 설치된 센서와 신호증폭 조절기(Signal-Conditioner Unit)사이의 연결을 용이하게 탈착하기 위해서, 압력센서의 경우에는 퀵커플러와 티관, 진동센서의 경우에는 마그네틱 베이스 플레이트, 변위센서의 경 우에는 트라이포드(수평게이지장착), 텔레스코픽 테스트벤치로 구성되는 설치지그를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리노미얼 지오메트리 방식과 폴트 트리 분석방식을 이용한 공기구동밸브의 진단 방법 및 진단 장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 공기구동밸브에 설치된 각각의 센서에서 측정된 신호가 아날로그 입력 모듈을 통해 입력되면, 이 신호가 PXI 버스를 통해서 CPU 유닛에 전달된다. CPU 유닛에서는 진단에 필요한 데이타와 시스템을 초기화하고, 각 센서로부터의 측정값을 받아들일 준비를 하는 시스템 초기화단계를 거쳐 진단요소분류단계에서 센서에서 측정된 신호를 측정값 자체를 이용하는 1차 진단요소, 시스템의 응답특성을 이용하여 계산되는 2차 진단요소, 진동과 관련되는 진동진단요소로 분류하고, 1차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 신호의 레벨을 측정, 레벨이상 인자를 추출하여, 고장모델링에 대입하는 1차 진단요소 진단단계와 2차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 시스템의 모델을 규명하고 파라메타의 변화를 계산하여, 기준 시스템모델과 비교분석하는 정성적 분석을 수행하는 2차 진단요소 진단단계 및 이상진동현상을 분석하는 진동진단단계를 수행하고, 여기에서 진단한 결과를 폴트 트리 분석 방식을 이용하여 자동으로 분석하는 폴트 트리 분석단계를 거쳐 이 분석된 결과를 표시하는 진단결과 도시단계를 수행한다. 이 진단 및 분석결과는 모니터를 통해 사용자 에게 표시되며, 이 진단 결과의 이력을 데이타베이스로 저장하여 폴트 트리분석단계로 피드백시켜 다음 진단의 참고자료로 삼거나 진단 이력을 표 또는 그래프로 표시할 수도 있다.

이상과 같은 과정을 통해 본 발명은 숙달된 현장 엔지니어의 경험에 의하여 진단하던 것을 숙달되지 않은 작업자가 자동으로 진단하여 공기구동밸브의 성능저하 및 고장원인을 손쉽게 진단할 수 있게 하여, 공기구동밸브의 성능저하 및 고장의 원인을 세부적이고 정확하게 규명할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하는 경우, 공기구동밸브에 대한 이론적 해석을 수행하고, 입출력 특성을 폴리노미얼 지오메트리(Polynomial geometry), 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis)의 기법을 체계적으로 적용하여 성능저하 및 고장의 원인을 세부적이고 정확하게 규명할 수 있다. 따라서 숙달된 현장 엔지니어의 경험에 의하여 진단하던 것을 숙달되지 않은 작업자가 진단하여 공기구동밸브의 성능저하 및 고장원인을 진단할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 과학적이고 이론적인 기법 적용으로 고장 오진을 최소화할 수 있고, 고장에 대한 정확한 진단 및 조치를 통한 설비 가동률 증대를 기대할 수 있으며, 성능저하 징후 파악으로 적절한 시기에 고장에 대응하는 것이 가능하며, 잠재고장 요소의 사전제거로 예산절감 효과를 기대할 수 있으며, 성능진단 데이타의 데이타베이스 구축으로 체계적인 진단이 력관리 및 성능변화 추이의 관찰이 가능하다는 장점이 있다.

Claims (17)

1. 센서를 이용하여 공기구동밸브(AOV: Air Operated Valve)의 고장 유무를 측정하는 공기구동밸브 성능진단방법에 있어서,

   1) 시스템 초기화단계(101);

   2) 상기 센서에서 측정된 신호를, 측정값 자체를 이용하는 1차 진단요소, 시스템의 응답특성을 이용하여 계산되는 2차 진단요소 및 진동과 관련되는 진동진단요소로 분류하는 진단요소분류단계(102);

   3) 상기 1차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 신호의 레벨을 측정, 레벨이상 인자를 추출하여, 고장모델링에 대입하는 1차 진단요소 진단단계(110);

   4) 상기 2차 진단요소들의 측정신호를 입력받아 시스템의 모델을 규명하고 파라메타의 변화를 계산하여, 기준 시스템모델과 비교분석하는 정성적 분석을 수행하는 2차 진단요소 진단단계(120);

   5) 상기 진동진단요소의 이상진동현상을 분석하는 진동진단단계 (130);

   6) 상기 1차 진단요소 진단단계(110), 상기 2차 진단요소 진단단계(120), 상기 진동진단단계(130)에서 진단한 결과를 폴트 트리 분석(Fault Tree Analysis) 방식을 이용하여 자동으로 분석하는 폴트 트리 분석단계(140); 및

   7) 상기 분석단계에서 분석된 결과를 모니터에 표시하는 진단 결과 도시 단계(141)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
2. 제1항에서, 상기 2차 진단요소 진단단계(120)는 모델응답특성실험(123)을 폴리노미얼 지오메트리(Polynomial Geometry) 통한 폴리노미얼 지오메트리 특이점을 계산(124)하고, 이를 기준 폴리노미얼 지오메트리와 비교분석하는 폴리노미얼 지오메트리를 이용한 정량적 분석(122) 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
3. 제2항에서, 상기 진동진단단계(130)는 과도응답구간에 대해서 입력성형기법을 이용하여 진동레벨을 측정하여 레벨 이상을 검출하는 단계(131)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
4. 제3항에서, 상기 진동진단단계(130)는 정상상태구간에 대해서 진동스펙트럼을 이용한 주파수 분석을 통해 결함요소를 판단하는 단계(132)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에서, 상기 분석단계(140)에서 분석된 분석치의 이력을 저장하여 데이타베이스화하고, 이 데이타베이스를 폴트 트리 분석단 계(140)에 피드백시키는 이력저장단계(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
6. 제5항에서, 상기 이력저장단계(150)에서 저장된 분석치 이력의 데이타베이스를 표로 표시하여 출력하는 단계(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
7. 제5항에서, 상기 이력저장단계(150)에서 저장된 분석치 이력의 데이타베이스를 시각적인 그래프로 표시하여 출력하는 단계(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동밸브의 진단방법.
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